切削基本概念

HEATS

用金属切削刀具从工作上切除多余的(或预留的)金属, 从而获得在形状上、尺寸精度及表面质量上都合乎预定要求的加工。＿称为金属切削加工。在切削加工过程中，刀具同工件之间必须有相对的切削运动，它由金属切削机床来完成。机床、夹具、刀具和工件，构成金属切削加工的工艺系统，切削过程的各种现象、规律及其本质，都要在这个工艺系统的运动状态中去考察研究。

一、车削中的运动和加工表面

 

" g6 C5 d9 r7 w# f

车削加工是一种常见的典型的切削加工方法。如图所示，普通外圆车削加工中的切削运动是由两种运动单元组合成的，其一是工件的回转运动，它是切除多余金属以形成加工表面的基本运动；其二是车刀的(纵向或横向)进给运动，它保证了切削工作的连续进行。

在切削运动作用下，工件上的切削层不断地被车刀切削并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在这一表面形成的过程中，工件上有三个不断变化着的表面：

1. 待加工表面：即将被切去金属层的表面；
   k; a* d4 M E% `% i6 D# P
2. 加工表面：切削刃正在切削的表面；
   
3. 已加工表面：已经切去多余金属而形成的新表面。

这些定义也适用于其他切削加工。
9 i+ [0 H, d" K; j

二、切削运动单元及其组合概念

各种切削加工的切削运动，都是由一些简单的运动单元组合而成的。直线运动和回转运动，是切削加工的两个基本运动单元。不同数目的运动单元，按照不同大小的比值、不同的相对位置和方向进行组合，即构成各种切削加工的运动。例如：
5 ^; }( P: W8 D4 P I/ g

一个直线运动 刨削、拉削等；

一个回转运动 圆盘拉刀加工；

一个回转运动和一个直线运动组合 车削、镗孔、铣削、钻削、铰孔、车螺纹、攻丝等，它是目前应用最广泛的一种组合形式；

两个直线运动组合 锯、仿形刨削；

两个回转运动组合 铣削回转体表面(插补)；
- v' U) ?( h% J0 o) \. @. x

两个回转运动和一个直线运动组合 铣螺旋槽、铣螺纹、磨外圆、磨内圆、滚刀滚齿轮等，它也是目前应用很广泛的一种运动组合形式。
* {( Z9 D: z! b% F$ `3 I" n3 s: M, x- y( @7 `6 D' ?6 i

$ {/ `# T; _% x$ t1 ?& }; K' s2 g# p4 {   $ m: F* _# j/ { z) A7 T# y# G2 m0 w# |

图2

除了上述各种运动组合形式之外，还有其他一些运动组合形式及切削加工方法。图2是几种常见的切削运动和加工方法。
" k% t3 }/ i2 h! K

应该指出，在理论上，还可以有许多更新颖的运动组合，但在工艺上目前尚不能实现。不过，随着科学技术的发展和工艺上的突破。目前未被利用的运动组合形式和相应的新型切削加工方法，都有实现的可能性。在生产实践中，应在具体条件下寻求表面形成的最佳运动组合。

三、主运动、进给运动和切削用量三要素

上述各种加工方法的运动单元，按照它们在切削过程中所起的作用，可以分为主运动和进给运动两种： - D& C+ B2 y* p- T" c

3 g, Y" ~" P) m. S
1. 主运动
   
   直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动，谓之主运动，用切削速度(V_c)表示。通常，主运动的速度较高，消耗的切削功率也较大。例如，图2中车削时工件的回转运动、铣削时铣刀的回转运动以及拉削时拉刀的直线运动等。都是主运动。
   
   主运动速度即切削速度，计算公式如下：
   - n- p' c# p+ I2 |7 p6 p) C4 j) S6 G( F# _$ @7 `3 T0 }$ {5 { w5 G4 ^; {! B) _8 |) g) S0 d l) h+ D, ~" d7 `; x0 c" ^. `& ]6 r o8 j4 ~6 J/ k3 y( b

   Vc=	p·d·n ( o4 {! G5 e, P* b+ i. s% W9 L& K
   	( N1 i: _3 C5 j `# z- n# V* I
   	1000

   
   式中：d——工件直径d_w或刀具(砂轮)直径d_o(mm)：
   
   n——工件或刀具(砂轮)的转速(r/min)。
   
   / Y, g; E1 l0 \' W
   对于旋转体工件或旋转类刀具，在转速一定时，由于切削刃上各点的回转半径不同，因而切削速度不同。在计算时，应以最大的切削速度为准。如外圆车削时计算待加工表面上的速度，钻削时计算钻头外径处的速度。这是因为从刀具方面考虑，速度大的地方，发热多，磨损快，应当予以注意。
   
2. 进给运动
   
   不断地把切削层投入切削的运动，称为进给运动，用进给速度V_f(mm/min)或进给量f、f_z来表示。
   / k5 N$ f" n1 [* Z- `: p
   图2所示车刀的纵向移动和横向移动，钻头、铰刀的轴向移动以及铣削时工件的纵向、横向移动等．都是进给运动。进给量f的单位是 mm/r，即工件或刀具每转一周时，两者沿进给方向之相对位移；如果主运动为往复直线运动(如刨、插)，则进给量f的单位为mm/str(毫米/双行程)。f_z是多刃切削工具(如铣、铰、拉)的每齿进给量，单位是mm/Z。
   
   显而易见
   V_f=f·n=f_z·Z·n (mm/min)
   7 Z/ J n- @& a7 \6 Z
   通常，切削加工中的主运动只有一个，而进给运动可能是一个或数个。
    
3. 切削深度
   . j2 @7 ~, M+ V1 ^4 u: ^
   切削深度ap 为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。单位为mm; ap 的大小直接影响主切削刃的工作长度，反映了切削负荷的大小。对于外圆车削来说
   

   8 E8 g: C' q+ y

   图3 车削时的合成速度向量

   
   + O8 v0 `9 J n! F, W* F8 B- p# M7 \% w, [! [9 Q8 v$ |) d4 {8 ~' k" M+ }9 S4 i |- c; J6 S" X1 f$ o3 { D; P

   ap=	dw-dm 6 o. a+ E. k* W/ a( H4 @1 N	(mm) ! _1 z# L% |/ g; C/ s) ?
   	: @" s5 G" }0 H% ?; o i
   	2

   
   对于钻孔工作
   . T0 q" D) `- \* _7 F; @, p+ z" W. Y3 X

   ap=	dm , [; [. L6 m9 a9 n	(mm) 9 c7 ^. w% z& ?1 u* Y, c* q8 c
   	8 A6 Q3 U8 v& S7 F" `
   	2

   
   式中：dm——已加工表面直径(mm)；
   
   dw——工件待加工表面直径(mm)。
   
4. 主运动和进给运动的合成
   : G3 o- ^' R& S! A% K; \
   主运动和进给运动可以由刀具或工件分别完成，或者由刀具单独完成(由于工艺上的原因，不便由工件单独完成)。主运动和进给运动可以同时进行(如车削、铣削)，也可以交替进行(如刨削、插削)。在同时进行的情况下，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为切削运动，可用合成速度向量v_e来表示。以外圆车削为例(图3)，切削运动的合成速度向量v_e等于主运动速度v_c与进给速度v_f的向量和，即
   v_e＝v_c十v_f
   $ F6 n) h* f' d; a
   显见，切削刃上各点处的合成速度向量不一定相等。
   

4 B& J9 T5 }0 D

2 A1 z6 M; g- ]8 E. f

四、切削层参数

& ~$ k% `, O# B& {/ }
1. 切削厚度ac：
   
   是在垂直于切削刃的方向上度量的切削层尺寸。
   
   若车刀主刀刃为直线，且 λs =0°，则
   7 }2 {2 j& }8 aac=f·sin kr
   # \8 |) `" p9 n/ U7 E0 d
   它的大小能代表单位长度切削刃上工作负荷的大小。若车刀刃为圆弧或任意曲线，则对应于切削刃上各点的切削厚度是不相等的。
   
2. 切削宽度aw：
   沿加工表面度量的切削层尺寸。
   9 L( E* I' g; p
   若车刀主刀刃为直线，且 当 λs = 0°时，
   * a8 ~/ B1 C8 A' |6 S1 a; k$ X+ iaw=ap/sin kr
   
   当λs = 0° 时，且kr=90°时，
   : S& I6 N$ G) ]! c( ?9 W# uac = f
   aw = ap
   
   1 d, u6 k# d4 F5 T
3. 切削面积 Ac：
   是切削层在基面Pt内的面积。
   Ac = ac·aw = f·ap

9 A# [6 G8 M \; R) I: a+ n4 h